SUJET DE STAGE de MASTER 2  -  Année 2011-2012


Titre :  « Couplage solide/gaz dans les disques protoplanétaires »


Résumé :
Le travail proposé a pour cadre la nébuleuse protoplanétaire avant le découplage solide/gaz , à une époque où le matériau solide est encore sous forme de particules de tailles diverse en suspension dans le gaz. Il s’inscrit dans un projet visant à explorer la phase de formation des planétésimaux en utilisant une approche numérique. Le code utilisé est fondé sur la méthode des volumes finis ; il a été spécifiquement développé et optimisé pour l'étude des disques protoplanétaires. Ce code permet de simuler l’écoulement du gaz en respectant au mieux les effets non-linéaires liés à sa compressibilité, mais aussi l'évolution d'une composante de particules solides considérée comme un second fluide sans pression. Il permet d'étudier diverses instabilités, notamment celles qui conduisent à la formation de structures tourbillonnaires qui ont tendance à capter et à confiner le matériau solide présent dans la nébuleuse. Dans ce type d’approche, le couplage aérodynamique gaz/particules est généralement modélisé de façon simple en distinguant deux régimes de friction différents: le régime de Stokes pour les grosses particules et le régime d'Epstein pour les particules de taille inférieure au libre parcours des molécules de gaz. Nous proposons dans ce stage (i) de revisiter les approximations faites pour exprimer le couplage gaz/particules et (ii) d’estimer l’importance des effets négligés (effets collectifs et de sillage, …) dans les mécanismes de sédimentation vers le plan équatorial du disque et de migration vers l’étoile. Le but de ce travail est de trouver une formulation plus réaliste des effets de friction que celle utilisée jusqu'à présent. On pourra se servir pour tester les différents cas du code numérique existant. Cette nouvelle formulation permettra ensuite de mieux comprendre comment la composante solide des disques protoplanétaires parvient à se découpler du gaz pour former les premiers corps solides, briques des planétoïdes primordiaux (les planétésimaux).


Directeur de stage:   BARGE Pierre (équipe "Système Solaire et Formation Planétaire" )
                                LAM/OAMP – UMR6110 – Pôle de Château Gombert
                                38 rue F. Joliot-Curie - 13388 – Marseille – cedex 13
Contact:   Tel:  04 91 05 59 84   -   Fax : +33 4 91 66 18 62  -  E-mail : pierre.barge@oamp.fr
Co-encadrement: Elisabeth Guazzelli ("Groupe Ecoulement de Particules")
                                IUSTI,  Polytech  Marseille
                                5 rue Enrico Fermi
                                13453 - Marseille - cedex 13